传统的地震台网和大地测量台网是相互独立的区域范围内的地震观测台网。由于最初学者们对多传感器融合应用去地震学研究缺乏相关的概念,所以两种台网一般独立使用。但是地球科学家逐渐认识到,地震运动的范围很广,没有任何一种单一的传感器能够捕捉到地震学研究所感兴趣的所有信号。
强震仪和地震仪对记录高频地震信号有足够的精度,而对低频部分则精度较低。惯性传感器宽频带位移的计算存在许多已知问题,却没有公认的方法。例如,未解决的旋转运动是计算精确位移的主要障碍,因为加速度时间序列中的微小偏移会在积分过程中产生线性和二次误差。因此,随着时间的推移,位移波形将无限增长。传统的抑制发散的方法是在加速度时间序列上使用高通滤波器,但要以损失永久位移为代价。
GNSS技术能够以位移形式直接捕捉地面运动,一个新兴的领域——GNSS地震学已经引起了地球科学家的关注。GNSS技术的优点是可以恢复永久性同震位移,在大地震中不存在限幅的影响。然而,它在全频带内的噪声比惯性传感器大,这会导致高频段和小地震中的信号不准确。
因此,一些学者主张将地震仪和大地测量数据相结合,以获得最佳的宽频带位移,因为二者可以优势互补。根据这个理论,我们也做出了一些的先进的有影响力的成果。2013年,我们提出了一种紧耦合的卡尔曼滤波方法,通过GPS相位和伪距观测值及地震仪观测值在PPP-AR过程中估算同震位移和速度,并可用于预警系统;同年,我们还提出了一种如何从并置的高频GPS和加速度计数据中恢复同震地面点倾斜的方法。2017年和2018年,我们分别提出将高频GPS与GLONASS结合用于地震大地测量,将高频多系统GNSS结合用于日常的地壳变形监测,这也为我们展示了多系统GNSS在地震大地测量中的作用。2019年,我们进一步发展了多传感器融合的方法,利用并置的高频GNSS、加速度计和陀螺仪数据来获取同震位移及旋转信息。
相关工作
1. Six‐Degree‐of‐Freedom Broadband Seismogeodesy by Combining Collocated High‐Rate GNSS, Accelerometers, and Gyroscopes. Geophysical Research Letters (2019)
2. Noise characteristics of high-rate multi-GNSS for subdaily crustal deformation monitoring. Journal of Geophysical Research (2018)
3. Integrating GPS with GLONASS for highrate seismogeodesy. Geophysical Research Letters (2017)
4. Recovering coseismic point ground tilts from collocated high-rate GPS and accelerometers. Geophysical Research Letters (2013)
5. A new seismogeodetic approach applied to GPS and accelerometer observations of the 2012 Brawley seismic swarms: Implications for earthquake early warning. Geochemistry, Geophysics, Geosystems (2013)
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